Ako všetci vieme, rádiové spektrum je cenným prírodným zdrojom. Hoci sa elektromagnetické spektrum pod 3000 GHz teoreticky nazýva rádiové spektrum, kvôli technickým obmedzeniam ľudia v súčasnosti rozdeľujú používané frekvenčné pásmo iba od 9 kHz do 400 GHz. V skutočnosti sú vojenské frekvenčné pásma sústredené pod 40 GHz, zatiaľ čo civilné frekvenčné pásma sú sústredené hlavne pod 3 GHz. S rýchlym rozvojom technológie mobilnej komunikácie sa nové bezdrôtové komunikačné služby objavujú v nekonečnom prúde, počet používateľov sa neustále zvyšuje a zdroje spektra sú čoraz vzácnejšie. Na vyriešenie tohto problému bolo postupne vynájdených množstvo pokročilých modulačných techník, kódovacích techník, multi{5}}anténnych techník, adaptácie prepojení a ďalších nových technológií. Tieto technológie zlepšili kapacitu kanálov z rôznych uhlov a dosiahli dobré výsledky. Kvôli Shannonovmu limitu však nie je možné zvyšovať kapacitu kanála donekonečna. Hoci rádiové spektrum možno opätovne použiť pre určitý frekvenčný bod alebo frekvenčné pásmo, je obmedzené v určitej časovej a priestorovej oblasti a nemožno ho opätovne použiť. V ostrom kontraste s nedostatkom zdrojov spektra je extrémne nízka miera využívania existujúceho spektra.
Figure 1 shows the 0-6GHz spectrum utilization tested by the University of California, Berkeley. The actual measurement results show that in the global licensed frequency band, even in the 300MHz to 3GHz frequency band with good signal propagation characteristics and very tight demand, the spectrum utilization rate is less than 6 percent ; in the 3-4GHz frequency band, the spectrum utilization rate is reduced to 0.5 percent ; Above 4GHz, the frequency utilization is lower. Therefore, how to effectively share spectrum resources and fully improve spectrum utilization has become an urgent problem to be solved. In this context, Cognitive Radio (CR, Cognitive Radio) technology proposes a new solution—improving the utilization efficiency of wireless spectrum through Dynamic Spectrum Sharing (DSS, Dynamic Spectrum Sharing).
Aplikácia kognitívneho rádia vo vojenskej komunikácii
3.1 Zvýšiť kapacitu komunikačného systému
Nedostatok bezdrôtového spektra je výrazný nielen v civilnej, ale aj vo vojenskej oblasti. Najmä v podmienkach moderného vedenia vojny sa v obmedzenom priestore intenzívne zriaďujú rôzne elektronické zariadenia, čo spôsobí, že zdroje spektra budú extrémne obmedzené. Okrem toho s modernizáciou civilných rádiových zariadení a prudkým nárastom počtu používateľov sa zvyšuje aj dopyt po frekvenčnom spektre. Niektoré organizácie v niektorých krajinách požiadali o pridelenie časti vojenského spektra na civilné použitie. Tento trend nepochybne ešte viac prehĺbi nedostatok zdrojov vojenského rádiového spektra. CR dokáže dynamicky využívať zdroje spektra, čo môže teoreticky zlepšiť využitie spektra niekoľkonásobne. Preto aj v prípade čiastočného prijatia CR je možné výrazne zlepšiť kapacitu celého komunikačného systému.
3.2 Zlepšiť efektívnosť správy spektra
Manažment spektra na bojiskách je veľmi dôležitou témou a armáda všetkých krajín prikladá výskumu tejto problematiky veľký význam. V súčasnosti sa však prideľovanie spektra na bojisku v zásade uskutočňuje formou prideľovania pevných frekvencií. Zo skutočnej bojovej situácie tento plán nie je úplne úspešný. Na jednej strane táto schéma prideľovania vedie nielen k nízkemu využívaniu zdrojov spektra, ale tiež ľahko spôsobuje elektromagnetické rušenie v rámci systému alebo medzi priateľskými silami; na druhej strane si táto schéma prideľovania vyžaduje veľa času na plánovanie spektra pred začiatkom boja; Navyše, akonáhle je komunikačná frekvencia určená, nemôže byť zmenená bez ohľadu na to, čo sa stane v bojovom stave. pretože
Preto v modernej vojne, kde sa situácia na bojisku rýchlo mení, je možné pomocou pevnej schémy prideľovania spektra ľahko zdržať bojovníkov. CR dokáže snímať elektromagnetické prostredie bojiska v oblasti, kde sa nachádza, a automaticky zistiť dostupnosť požadovanej šírky pásma a spektra. Preto je možné pomocou CR rýchlo dokončiť prideľovanie zdrojov spektra a počas komunikačného procesu je možné automaticky upravovať aj komunikačnú frekvenciu. Zlepšuje nielen rýchlosť sieťovania, ale zlepšuje aj elektromagnetickú kompatibilitu celého komunikačného systému.
3.3 Zlepšite schopnosť systému rušiť-rušenie EOD
Schopnosť proti rušeniu je dôležitým ukazovateľom na meranie komunikačného vybavenia v podmienkach moderného vedenia vojny a je tiež dôležitou zárukou víťazstva vo vojne. Tradičné technológie zabraňujúce{1}}rušeniu kanálov zahŕňajú najmä rozprestreté spektrum, preskakovanie frekvencie, preskakovanie v čase a súvisiace technológie z nich odvodené. CR má nielen vyššie uvedenú-schopnosť rušenia, ale tiež potláča rušenie úpravou smeru lúča vďaka použitiu technológie snímania polohy v kombinácii s technológiou DBF. CR nielenže zlepšuje schopnosť zabrániť-rušeniu, ale môže tiež znížiť vysielací výkon a zlepšiť schopnosť-odpočúvania. Kognitívne rádio má pokročilé schopnosti strojového učenia, ktoré sa dokáže učiť a analyzovať rušenie, takže môže zvoliť vhodné stratégie proti-rušeniu (zvoliť vhodný komunikačný kanál, metódu modulácie, vysielací výkon, vzor preskakovania frekvencie atď.) na aktívne vyhnúť sa rušeniu. Navyše, pretože pracovné frekvenčné pásmo CR je veľmi široké, zvyšuje to aj obtiažnosť rušenia.
3.4 Poskytnite elektronické protiopatrenia rušičky RF signálu
Tradičnou metódou elektronických protiopatrení je najprv zistiť elektromagnetické prostredie bojiska prostredníctvom rádiovej detekcie bojiska a potom oznámiť zistenú situáciu silám elektronických protiopatrení prostredníctvom bojovej komunikačnej siete a jednotky zodpovedné za úlohu elektronických protiopatrení vykonajú. rušenie. Táto metóda si vyžaduje nielen veľa pracovných síl a materiálnych zdrojov, ale vyžaduje aj úzku spoluprácu s jednotkami zodpovednými za prieskum elektromagnetického prostredia a elektronické protiopatrenia. Preto je obdobie od prieskumu po vykonanie zásahu dlhé, čo stíhačky ľahko zdrží. CR dokáže rýchlo a presne identifikovať priateľa alebo nepriateľa snímaním charakteristík elektromagnetického spektra bojiska. Dokáže rýchlo uvoľniť alebo sa vyhnúť rušeniu pri vykonávaní prieskumu elektromagnetického spektra, ktoré nie je dostupné v tradičnom rádiu.
3.5 Zlepšiť prepojiteľnosť systému
V súčasnosti sú rôzne zložky našej armády vybavené veľkým počtom rádiostaníc rôznych modelov. Tieto rádiové stanice majú rozdielne pracovné frekvencie, vysielací výkon, modulačné metódy atď. a nedokážu dosiahnuť vzájomné prepojenie a interoperabilitu, čo sa stalo dôležitým faktorom obmedzujúcim spoločné operácie troch ozbrojených síl. rušička scramblera mobilného telefónu môže pokryť široké frekvenčné pásmo a použiť softvér na realizáciu spracovania signálu v základnom pásme, IF moduláciu a generovanie tvaru vlny RF signálu. Nezávislým načítaním rôzneho softvéru môže CR komunikovať s krátkovlnnými rádiovými stanicami, ultra{0}}krátkymi rádiovými stanicami a dokonca aj so satelitmi. Je to práve preto, že CR sa dokáže autonómne naučiť sieťové komunikačné protokoly a služby,
Zlepšiť interoperabilitu a prepojiteľnosť systému.
Okrem vyššie uvedených funkcií a výhod poskytuje CR aj funkcie určovania polohy a vnímania prostredia, ktorých výhodou je menšia náchylnosť na civilné rádiové rušenie a rýchlejšie vytváranie sietí, čo sú nenahraditeľné výhody tradičného rádia.
4 Príležitosti a výzvy pre vojenské kognitívne rádio
CR sa považuje za smer vývoja ďalšej generácie komunikácie. Keďže technológia CR môže výrazne zlepšiť efektívnosť využitia bezdrôtového spektra, pritiahla v priemysle veľkú pozornosť a v posledných rokoch sa rýchlo rozvíjala. CR však stále čelí mnohým výzvam od laboratórnych po praktické a vojenské využitie:
(1) Väčšina súčasného výskumu zostáva na fyzickej vrstve a existuje len málo výskumov v oblasti sietí CR, topológie siete, sieťových protokolov atď.;
(2) Technológia rýchleho snímania spektra a identifikácie signálov si vyžaduje ďalší výskum;
(3) Rýchle a efektívne vnímanie životného prostredia a ako efektívne využívať informácie o vnímaní životného prostredia;
(4) technológia obnovenia{1}}prepojenia a údržby, keď CR vykonáva dynamickú úpravu frekvencie;
(5) Konštrukcia terminálu CR je komplexná a vyžaduje si širokopásmové, vysoko{2}}citlivé RF predné-konále, rýchle a efektívne algoritmy digitálneho spracovania signálu a robustné spoľahlivý dizajn hardvéru a softvéru, ktorý spĺňa vojenské štandardy;
(6) Strojové učenie a ako lepšie využívať počítačový jazyk, aby bola sieť CR inteligentnejšia a viac v súlade s charakteristikami a požiadavkami vojenských komunikácií;
(7) Compatibility between CR and active equipment. The cost of CR terminals is high, and even for military use, it is impossible to equip troops on a large scale in a short period of time. This requires that CR can cover most of the frequency bands, modulation methods and frequency hopping methods of our military's active communication equipment;
(8) Miniaturizácia a dizajn terminálu s nízkou spotrebou energie.
